JP2019046561A - Power cable - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力ケーブルに関する。 The present invention relates to a power cable.
従来より、パイプタイプケーブルと呼ばれる、絶縁紙を巻いた3相の送電ケーブルを鋼管の内部に布設し、油に含浸させて絶縁を確保した送電ケーブルが米国を中心に広く利用されている。パイプタイプケーブルは、鋼管が経年劣化すると漏油に対応する保守費用や環境への影響が問題となるため、油を使わない架橋ポリエチレンケーブルへ置き換えが望まれている。 Conventionally, a power transmission cable called a pipe-type cable, in which a three-phase power transmission cable wrapped with insulating paper is laid in a steel pipe and impregnated with oil to ensure insulation, has been widely used mainly in the United States. Pipe-type cables are expected to be replaced with cross-linked polyethylene cables that do not use oil, because the maintenance costs and environmental impact of oil leaks become a problem when steel pipes deteriorate over time.
例えば、パイプタイプケーブルの置換え用として、NKT社のCityCable(登録商標)が実用化されている(非特許文献1参照)。 For example, NKT CityCable (registered trademark) has been put to practical use as a replacement for pipe type cables (see Non-Patent Document 1).
ところで、架橋ポリエチレンケーブルで絶縁を確保するには、絶縁紙よりも厚くする必要があり、架橋ポリエチレンケーブルを覆う金属遮蔽と防食層(PVC(polyvinyl chloride)やPE(polyethylene)製のシース)も必要である。 By the way, in order to ensure insulation with a cross-linked polyethylene cable, it is necessary to make it thicker than insulating paper, and a metal shield and anti-corrosion layer (PVC (polyvinyl chloride) or PE (polyethylene) sheath) covering the cross-linked polyethylene cable is also required. It is.
しかしながら、鋼管の内径は決まっているので、電気的に必要な絶縁層の厚さを維持するためには電力ケーブルの導体サイズを小さくする必要があり、置換えが実用化された例では、導体サイズは1000mm2未満に限られている。すなわち、送電ケーブルの外径には制限がある。 However, since the inner diameter of the steel pipe is fixed, it is necessary to reduce the conductor size of the power cable in order to maintain the electrically required insulation layer thickness. It is limited to less than 1000mm 2. That is, the outer diameter of the power transmission cable is limited.
また、パイプタイプケーブルには、外径制限の他に、鉄損によって送電容量が低下するという問題がある。磁性体パイプである鋼管に3相の送電ケーブルを3回対称の回転対称な位置に配置する場合の送電ケーブルの鉄損と導体内の損失の比率は一般に、次式(1)より求められる。このような式から求められることは、例えば、次の文献に記載されている。"The calculation of the temperature rise and load capability of cable system Year" 1957, Volume: 76, Issue: 3 Pages: 752 - 764, DOI: 10.1109/AIEEPAS.1957.4499653 ISSN: 0097-2460 In addition to the outer diameter limitation, the pipe type cable has a problem that the transmission capacity is reduced due to iron loss. In general, the ratio of the iron loss of the power transmission cable and the loss in the conductor when the three-phase power transmission cable is arranged in a three-fold rotationally symmetric position on the steel pipe, which is a magnetic pipe, is obtained from the following equation (1). What is obtained from such an equation is described in the following document, for example. "The calculation of the temperature rise and load capability of cable system Year" 1957, Volume: 76, Issue: 3 Pages: 752-764, DOI: 10.1109 / AIEEPAS.1957.4499653 ISSN: 0097-2460
すなわち、導体損失の88%もの損失が鋼管の内部で発生するため、送電ケーブルが発熱し、鋼管の内部に配置しない場合の電力ケーブルの架橋ポリエチレンケーブルよりも損失が多くなり、不経済であり、許容電流が低下する欠点があった。 That is, as much as 88% of the conductor loss occurs inside the steel pipe, the power transmission cable generates heat, and the loss is higher than the cross-linked polyethylene cable of the power cable when not arranged inside the steel pipe, which is uneconomical, There was a drawback that the allowable current was reduced.
そこで、鉄損を抑制するとともに、送電電力を増大させた電力ケーブルを提供することを目的とする。 Then, it aims at providing the power cable which suppressed iron loss and increased transmission power.
本発明の実施の形態の電力ケーブルは、基準電位点に接続される鋼管の内部に敷設される電力ケーブルであって、三相交流電力を伝送する導電線と、前記導電線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層を被覆する半導電層とを有する3本の送電ケーブルであって、断面視で前記3本の送電ケーブルの中心に対する3回対称の回転対称な位置において互いの前記半導電層同士が接した状態で配置される3本の送電ケーブルと、3本の接地母線であって、それぞれが前記3本の送電ケーブルのうちの隣り合う2本の外周面に接して、前記中心に対する3回対称の回転対称な位置に配置される3本の接地母線と、前記3本の接地母線及び前記3本の送電ケーブルの外側面を覆うバインダと、前記バインダに重ねて配置されるジャケットとを含み、前記3本の送電ケーブルは、断面視で前記鋼管の内部に敷設可能な最大の電力ケーブルの包絡円の半径から前記バインダ及び前記ジャケットの厚さを除いた半径を有する第1円に内接する外径を有し、前記3本の接地母線は、断面視で3本の送電ケーブルの包絡閉曲線よりも突出し、前記第1円に収まる外径を有する。 A power cable according to an embodiment of the present invention is a power cable laid inside a steel pipe connected to a reference potential point, and includes a conductive wire that transmits three-phase AC power, and an insulating layer that covers the conductive wire And a semiconductive layer covering the insulating layer, wherein the semiconductive layers are mutually in a rotationally symmetrical position that is three-fold symmetric with respect to the center of the three power cables in a cross-sectional view. Three power transmission cables arranged in contact with each other and three ground buses, each in contact with two adjacent outer peripheral surfaces of the three power transmission cables, with respect to the center Three ground buses arranged at rotationally symmetric positions that are three-fold symmetric, a binder that covers the outer surfaces of the three ground buses and the three power transmission cables, and a jacket that is placed on the binder. Including the three The power transmission cable has an outer diameter inscribed in a first circle having a radius excluding the thickness of the binder and the jacket from the radius of the envelope circle of the largest power cable that can be laid in the steel pipe in a cross-sectional view. The three ground buses protrude from the envelope closed curve of the three power transmission cables in a cross-sectional view and have an outer diameter that fits in the first circle.
鉄損を抑制するとともに、送電電力を増大させた電力ケーブルを提供することができる。 It is possible to provide a power cable that suppresses iron loss and increases transmission power.
以下、本発明の電力ケーブルを適用した実施の形態について説明する。 Embodiments to which the power cable of the present invention is applied will be described below.
<実施の形態>
図1は、実施の形態の電力ケーブル100を示す図であり、(A)は斜視図、(B)は断面図である。なお、図1(A)の斜視図は、電力ケーブル100を長手方向に対して垂直な面に沿って切断した状態を示す。
<Embodiment>
1A and 1B are diagrams illustrating a
電力ケーブル100は、鋼管50の内部に敷設されており、送電ケーブル110R、110Y、110B、接地母線120R、120Y、120B、バインダ130、防食層140、及び樹脂部材150を含む。電力ケーブル100は、2つの変電所の間に設けられている。
The
鋼管50は、例えば、鉄製のパイプであり、内部には送電ケーブル110R、110Y、110B、接地母線120R、120Y、120B、バインダ130、及び防食層140が挿通される。鋼管50は、基準電位点に接続される。実施の形態では、一例として、鋼管50は接地され、グランド電位に保持される。鋼管50を基準電位に保持するのは、送電ケーブル110に地絡等による事故電流が生じた場合に、鋼管50を事故電流の通流経路にするためである。
The
鋼管50は、未使用の新品の鋼管であってもよいが、既使用の中古の鋼管であってもよい。例えば、既設の電力ケーブルを実施の形態の電力ケーブル100に交換する場合には、既設の電力ケーブルの鋼管50を再利用してもよい。
The
より具体的には、例えば、既設のPOF(Pipe type Oil Filled)ケーブル(油浸型ケーブル)の送電ケーブル及び絶縁油を取り除いて洗浄した鋼管を鋼管50として利用してもよい。実施の形態では、既設のPOFケーブルの鋼管を鋼管50として利用する形態について説明する。鋼管50の内径は、一例として260.35mm(10.25インチ)である。
More specifically, for example, an existing POF (Pipe type Oil Filled) cable (oil-immersion type cable) power transmission cable and a steel pipe cleaned by removing insulating oil may be used as the
送電ケーブル110R、110Y、110Bは、仮想的な中心線10を中心として、断面視における3回対称の回転対称な位置関係に配置され、中心線10に沿って周囲に撚り合わされている。送電ケーブル110R、110Y、110Bは、三相の交流電力を送電するために用いられ、それぞれ、各相の電力を伝送する。送電ケーブル110R、110Y、110Bは、3本の送電ケーブルの一例である。
The
送電ケーブル110R、110Y、110Bは、断面視で鋼管50の内部に敷設可能な最大の電力ケーブルの包絡円の半径からバインダ130及び防食層140の厚さを除いた半径を有する円130Aに、断面視で中心線10を中心とした3回対称の回転対称な位置関係に配置した状態で内接する外径を有する。鋼管50の内径という制約の中で、送電ケーブル110R、110Y、110Bの断面積を最大化するためである。
The
なお、包絡円は、断面視で鋼管50の内部に敷設可能な最大の電力ケーブルの断面を含む最小の円である。このような包絡円の直径は、一例として長さが609.60m(2000フィート)であり、内径が155.8mm(6.125インチ)から260.35mm(10.25インチ)である鋼管50に、長さが609.60m(2000フィート)以上ある電力ケーブル100を挿通させるのに必要な余裕代(マージン)を、鋼管50の内径から差し引いて得る寸法である。
The envelope circle is the smallest circle including a cross section of the largest power cable that can be laid inside the
また、円130Aは、バインダ130及び防食層140の厚さを除いて、鋼管50の内部に挿通させることが可能な最大の外径を有する送電ケーブル110R、110Y、110Bが内接する円であり、断面視でバインダ130の内周面が規定する円である。
Further, the
送電ケーブル110R、110Y、110Bは、例えば、それぞれ、赤相、黄相、青相と区別される。送電ケーブル110R、110Y、110Bは、色が異なるが互いに同様の構成を有する。このため、以下の説明において送電ケーブル110R、110Y、110Bを区別しない場合には、単に送電ケーブル110と称す。送電ケーブル110の詳細な構成については、図2を用いて後述する。
The
接地母線120R、120Y、120Bは、接地電位に保持される導体製(例えば、アルミニウム製又は銅製)のワイヤである。接地母線120R、120Y、120Bは、それぞれ、細い複数のワイヤを撚り合わせて1本にしたワイヤである。接地母線120R、120Y、120Bは、外側面を覆う絶縁層等の遮蔽物や防食層を有さず、導体が剥き出しのワイヤである。接地母線120R、120Y、120Bは、事故時に変電所に電流を流すために設けられている。接地母線120R、120Y、120Bの各々の両端は、接地されている。
The
接地母線120R、120Y、120Bは、送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周面に接触する形で、断面視で中心線10を中心として3回対称の回転対称な位置関係に配置されている。接地母線120R、120Y、120Bは、それぞれ、送電ケーブル110R、110Y、110Bの対角位置に配置される。
The
より具体的には、接地母線120Rは、送電ケーブル110Y、110Bの外周面の谷間に嵌め込まれており、接地母線120Bは、送電ケーブル110R、110Yの外周面の谷間に嵌め込まれており、接地母線120Yは、送電ケーブル110B、110Rの外周面の谷間に嵌め込まれている。
More specifically, the
接地母線120R、120Y、120Bは、両端で互いに接続されることによって、互いに電気的に接続されており、三角柱状の閉ループを構成する。接地母線120R、120Y、120Bは、送電ケーブル110R、110Y、110Bの最外周の半導電性ベッディングに接触することにより、送電ケーブル110R、110Y、110Bの表面を接地している。
The
また、接地母線120R、120Y、120Bは、円130Aに接する外径を有する。すなわち、接地母線120R、120Y、120Bは、バインダ130の内周面に接している。このため、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120R、120Y、120Bのうち、断面視で中心線10から見て径方向に最も突出している部分は、円130A上に位置する。
Further, the
接地母線120R、120Y、120Bの外側面に絶縁層等の被覆を設けずに、接地母線120R、120Y、120Bが円130Aに接する外径を有する構成にするのは、上述した包絡円の中で、送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周部に余った空間内で、接地母線120R、120Y、120Bの外径を最大化するとともに、半導電性ベッディングを介して送電ケーブル110R、110Y、110Bの表面を接地するためである。なお、送電ケーブル110R、110Y、110Bの表面は、導線111から供給され絶縁層113を経由して漏れ出る通称充電電流により絶縁層113の表面電位が浮遊する現象が生じるため、長手方向の接地だけでなく半径方向に接地が必要である。送電ケーブル110R、110Y、110Bは、接地母線120R、120Y、120Bと接触していることによって、径方向において接地されている。
In the envelope circle described above, the
なお、接地母線120R、120Y、120Bは、互いに同様の構成を有するため、以下の説明において接地母線120R、120Y、120Bを区別しない場合には、単に接地母線120と称す。
Since the
バインダ130は、送電ケーブル110R、110Y、110B及び接地母線120R、120Y、120Bの外側面を覆うことで、これらを縛る(束ねる)バインダテープであり、絶縁層である。
The
防食層140は、バインダ130に重ねて設けられ、バインダ130を介して送電ケーブル110R、110Y、110B及び接地母線120R、120Y、120Bの外側面を覆う絶縁層である。
The
樹脂部材150は、バインダ130及び防食層140の内部で、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120R、120Y、120Bの間に配置されている。樹脂部材150は、絶縁材料製であり、例えば、ポリプロピレン製の紐状の部材である。
The
樹脂部材150は、バインダ130及び防食層140の内部で、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120R、120Y、120Bの隙間を埋め、断面視でバインダ130の内周面が規定する閉曲線が円になるように、敷き詰められている。
The
次に、図2を用いて、送電ケーブル110の詳細な構成について説明する。
Next, a detailed configuration of the
図2は、実施の形態の電力ケーブル100の送電ケーブル110を示す図であり、(A)は断面図、(B)はトリプレックス構造を示す斜視図である。図2(B)には、送電ケーブル110R、110Y、110Bに加えて接地母線120R、120Y、120Bも示す。
2A and 2B are diagrams illustrating a
図2(A)に示すように、送電ケーブル110は、導線111、導線スクリーン112、絶縁層113、絶縁スクリーン114、及び半導電性ベッディング115を含む。
As shown in FIG. 2A, the
導線111は、金属製であり、例えば、銅線を用いることができる。導線111は、送電ケーブル110のうち送電を行う導体である。導線111は、細い複数の銅線を撚り合わせて1本にしたワイヤ状の導線である。
The
導線スクリーン112は、耐熱性のある半導電性のテープや、カーボン粉末を含有する樹脂層とで構成され、導線111の周囲に巻回される。耐熱性のある半導電性のテープとしては、例えば、ナイロンやポリエステルを用いることができ、導体粉末を含有する樹脂層としては、例えば、EEA(Ethylene-Ethylacrylate Copolymer)樹脂を用いることができる。
The
絶縁層113は、導線111を絶縁するために設けられている。絶縁層113は、例えば、XLPE(Crosslinked polyethylene:架橋ポリエチレン)を用いて射出成形で作製することができる。ここでは、絶縁層113としてXLPEを用いる形態について説明するが、耐熱性と絶縁性がある材料であれば、XLPE以外の材料を絶縁層113として用いてもよい。
The insulating
絶縁スクリーン114は、カーボン粉末を含有する樹脂層で構成され、絶縁層113の周囲に巻回される。カーボン粉末を含有する樹脂層としては、例えば、EEA樹脂を用いることができる。
The insulating
ベッディング115は、所謂ベッディングテープであり、半導電座床である。ベッディング115は、絶縁スクリーン114の周囲に巻回される。
The
以上のような構成を有する送電ケーブル110R、110Y、110B(図1(A)、(B)参照)は、図2(B)に示すように、中心線10を中心として、中心線10の長手方向に沿って撚り合わされる。このような3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bを撚り合わせた構造をトリプレックス構造(Triplex formation)と称す。
The
また、接地母線120R、120Y、120Bは、送電ケーブル110R、110Y、110Bの周囲に撚り合わされている。
The
送電ケーブル110R、110Y、110Bのトリプレックス構造は、断面視で、中心線10を中心とする3回対称の回転対称な位置関係を保ちながら、中心線10の周囲に撚り合わされる構造である。トリプレックス構造は、送電ケーブル110R、110Y、110Bの長手方向における伸縮が少なく、電力ケーブル100同士を接続するマンホール内での固定が容易になる構造である。
The triplex structure of the
なお、断面視における3回対称の回転対称な位置関係とは、完全な3回対称の回転対称な位置関係に限らず、送電ケーブル110R、110Y、110Bの撚り合わせにおけるばらつき等による位置ずれが生じていても、断面視における3回対称の回転対称な位置関係が保たれているものとして取り扱う。
Note that the three-fold rotationally symmetric positional relationship in the cross-sectional view is not limited to the complete three-fold rotationally symmetric positional relationship, and a positional shift due to variations in twisting of the
実施の形態では、中心線10の外周に沿って、トリプレックス構造の送電ケーブル110R、110Y、110Bを配置し、さらにその外周に接地母線120R、120Y、120Bを撚り合わせて、バインダ130及び防食層140で覆った状態で、電力ケーブル100を鋼管50(図1(A),(B)参照)の内部に配置する。
In the embodiment,
以上のような実施の形態の電力ケーブル100は、送電ケーブル110R、110Y、110B(図1(A),(B)参照)で三相交流電力を伝送する。定格容量は、一例として、800MVA(345kV,1339A)である。ただし、この定格容量は一例に過ぎず、敷設条件(温度や鋼管の埋設深さ)によって変わるものである。
The
電力ケーブル100は、一例として、長さが609.60m(2000フィート)であり、複数の電力ケーブル100を直列に接続して用いる。この場合に、各電力ケーブル100の送電ケーブル110R、110Y、110Bは、同じ色同士のものが接続される。送電ケーブル110R、110Y、110Bについて、同じ色同士のものを接続するとは、同じ色の送電ケーブル110R、110Y、110Bの導線111同士を接続することである。
For example, the
電力ケーブル100は、既設の鋼管50の内部で直列接続された複数の電力ケーブルのうちの一部を交換する際に、交換用の新たな電力ケーブルとして用いることができる。例えば、直列接続された既設の複数の電力ケーブルのうちのある1本の電力ケーブルを交換する場合に、電力ケーブル100を用いてもよい。この場合に、取り除かれる電力ケーブルが鋼管50と同様の鋼管を有し、内部に電力ケーブル100を挿通可能である場合には、取り除かれる電力ケーブルの鋼管を鋼管50として用いることができる。
The
また、上述の場合には、電力ケーブル100の送電ケーブル110R、110Y、110Bの導線111を電力ケーブル100の両端にある既設の電力ケーブルの対応する相(同じ色の相)の送電ケーブルの導線と接続すればよい。また、この場合に、接地母線120R、120Y、120Bは、変電所で基準電位の接地点に接地される。
Moreover, in the above-mentioned case, the
図3は、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120R、120Y、120Bの位置関係を示す図である。図3には、送電ケーブル110R、110Y、110Bの導線111を区別して、導線111R、111Y、111Bとして示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating a positional relationship between the
また、断面視における送電ケーブル110R、110Y、110B及び接地母線120R、120Y、120Bの中心を通る仮想接地流路10Aを示す。仮想接地流路10Aは、図1(A)、(B)に示す中心線10上に位置する。仮想接地流路10Aは、電力ケーブル100の両端で接地母線120R、120Y、120Bに接続される仮想の流路であり、接地電位に保持される。
Further, a
ここで、接地母線120R、120Y、120Bは、互いに同様の構成を有し、仮想接地流路10Aに対して回転対称の位置に配置されているため、図3に加えて図4を用いて接地母線120Rについて検討する。
Here, since the
図4は、導線111R、接地母線120R、仮想接地流路10Aに流れる電流と磁界の関係を示す図である。接地母線120R、120Y、120Bの各々の両端は、接地されているため、図4では接地母線120Rの両端に接地の記号を記す。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the current flowing in the
接地母線120Rと仮想接地流路10Aは、破線で示す閉ループ121を構築する。導線111Rに矢印で示す下向きの電流111R1が流れると、右ねじの法則に従って磁界111R2が生じる。このため、接地母線120Rには磁界111R2を打ち消す方向の磁界120Aが生じ、磁界120Aによって接地母線120Rには下向きの電流120A1が生じ、この結果、電流120A1が閉ループ121に流れる。電流120A1は誘導電流であり、循環電流である。
The
ここでは、導線111R、接地母線120R、及び仮想接地流路10Aの関係を用いて、三相交流(R、Y、B)のうちの1相について示したが、導線111Y、接地母線120Y、及び仮想接地流路10Aと、導線111B、接地母線120B、及び仮想接地流路10Aとについても、同様の関係が生じる。
Here, one phase of the three-phase alternating current (R, Y, B) is shown by using the relationship between the
仮想接地流路10Aには、三相交流(R、Y、B)による120度づつ位相の異なる循環電流が流れるため、仮想接地流路10Aに流れる合計の電流はゼロになる。従って、仮想接地流路10Aを用いた仮想接地が成り立つ。
In the virtual
ここで、導線111Rに流れる電流111R1によって生じる磁界111R2と、接地母線120Rに生じる磁界111R2とは、閉ループ121を貫き、お互いに磁界を打ち消す方向に発生するが、接地母線120Rの交流抵抗により位相差が生じる。
Here, the magnetic field 111R2 generated by the current 111R1 flowing in the
循環電流(電流120A1)をIECC (A)、導線111Rに流れる電流111R1をIc (A)、交流の角周波数をω、導線111Rと接地母線120Rとの相互インピーダンスをM (Ω/m)、接地母線120Rの交流抵抗をRECC (Ω/m)、接地母線120RのリアクタンスをXECC (Ω/m)とすると、循環電流IECCは近似的に次式(2)で求めることができる。
The circulating current (current 120A1) is I ECC (A), the current 111R1 flowing through the
このとき、循環電流IECCと、導線111Rに流れる電流Ic(電流111R1)との比の絶対値|IECC/IC|は、約35%となる。このため、導線111Rに流れる電流Icの約35%にあたる循環電流IECCを接地母線120Rに誘導できていることになる。
At this time, the absolute value | I ECC / I C | of the ratio between the circulating current I ECC and the current Ic (current 111R1) flowing through the
これは、導線111Y及び接地母線120Yと、導線111B及び接地母線120Bとについても同様である。なお、このような循環電流IECCと電流Icとの比の絶対値|IECC/IC|は、電磁界シミュレーションで求めたものである。
The same applies to the
また、これは、導線111Yに流れる電流Ic及び接地母線120Yに流れる循環電流IECCと、導線111Bに流れる電流Ic及び接地母線120Bに流れる循環電流IECCとについても同様である。
This also applies to the current Ic flowing through the
なお、以上では、接地母線120R、120Y、120Bが円130Aに接するように、最大化された外径を有する形態について説明した。しかしながら、接地母線120R、120Y、120Bの外径は、もう少し小さくてもよい。
In the above description, the configuration has been described in which the grounded
接地母線120R、120Y、120Bは、送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周面に沿って撚り合わされ、かつ、樹脂部材150が存在しない状態で、バインダ130によって支えられるような外径以上の外径を有していればよい。
The
図5は、実施の形態の変形例の電力ケーブル100Mの断面を示す図である。図5に示す電力ケーブル100Mの断面は、図1(B)に示す電力ケーブル100の断面に対応する断面である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a cross section of a
電力ケーブル100Mは、送電ケーブル110R、110Y、110B、接地母線120RM、120YM、120BM、バインダ130M、防食層140M、及び樹脂部材150Mを含む。
The
接地母線120RM、120YM、120BMは、3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bの包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径を有する。包絡閉曲線110Xは、断面視で中心線10を中心とした3回対称の回転対称な位置に配置される3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周を覆う包絡閉曲線である。
The ground buses 120RM, 120YM, and 120BM have outer diameters that project outward from the envelope closed
図5には、送電ケーブル110Rと110Yの外周の間と、送電ケーブル110Yと110Bの外周の間と、送電ケーブル110Bと110Rの外周の間とに、破線で包絡閉曲線110Xのうちの直線部分を破線で示す。包絡閉曲線110Xのうち、3本の破線以外の部分は、送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周に沿っている。包絡閉曲線110Xは、三角形の頂点を送電ケーブル110R、110Y、110Bの外周に沿って丸めたような形状である。
In FIG. 5, a straight line portion of the envelope closed
包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する接地母線120RM、120YM、120BMの外径とは、接地母線120RM、120YM、120BMの外径が包絡閉曲線110Xに内接する場合の値よりも大きいことをいう。接地母線120RM、120YM、120BMの外径が包絡閉曲線110Xに内接する場合の値よりも大きければ、接地母線120RM、120YM、120BMがバインダ130によって支えられるからである。
The outer diameters of the ground buses 120RM, 120YM, and 120BM protruding outward from the envelope closed
接地母線120RM、120YM、120BMがバインダ130によって支えられるとは、換言すれば、接地母線120RM、120YM、120BMが外側に押圧することによる張力がバインダ130に掛かることをいう。
That the ground buses 120RM, 120YM, and 120BM are supported by the
このような接地母線120RM、120YM、120BMの外径は、3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bの包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径の中で最小の外径であり、実施の形態における接地母線120RM、120YM、120BMの最小の外径である。
The outer diameter of such ground buses 120RM, 120YM, and 120BM is the smallest outer diameter among the outer diameters that protrude outward from the envelope closed
バインダ130Mは、図1及び図2に示すバインダ130と同様であるが、送電ケーブル110R、110Y、110B及び接地母線120RM、120YM、120BMの外側面を覆い、縛っている。バインダ130Mは、接地母線120RM、120YM、120BMが包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する分だけ、外側に突出しているため、接地母線120には送電ケーブル110に向かって応力が働き、接地母線120により送電ケーブル110の表面を確実に接地することが可能となる。
The
防食層140Mは、図1及び図2に示す防食層140と同様であるが、バインダ130に重ねて設けられ、バインダ130を介して送電ケーブル110R、110Y、110B及び接地母線120RM、120YM、120BMの外側面を覆っている。
The
樹脂部材150Mは、図1及び図2に示す樹脂部材150と同様であるが、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120RM、120YM、120BMとを覆うバインダ130M及び防食層140Mを外側に押圧することなく、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120RM、120YM、120BMとを覆った状態のバインダ130M及び防食層140Mの形状を保持するように配置されている。
The
なお、110Y、110Bと接地母線120RM、120YM、120BMとを覆った状態のバインダ130M及び防食層140Mの形状は、110Y、110Bと接地母線120RM、120YM、120BMとを覆う包絡閉曲線に等しい。
The shapes of the
このような電力ケーブル100Mでは、循環電流IECCと電流Icとの比の絶対値|IECC/IC|は、約25%となる。このため、導線111Rに流れる電流Icの約25%にあたる循環電流IECCを接地母線120RMに誘導できていることになる。
In such a
図6は、導線111R、111Y、111Bに流れる電流Icと、接地母線120R、120Y、120Bに流れる循環電流IECCとの幾何学的中心位置を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the geometric center position of the current Ic flowing through the conducting
導線111Rの電流Icの幾何学的中心位置は、接地母線120Rの同位相の循環電流IECCにより、近似的に導体111Rよりも中心線10側(内側)になる。接地母線120Rの循環電流IECCが導体111の電流Icの30%であれば、導線111Rの電流Icの幾何学的中心位置は、中心線10から導体111Rまでの距離の70%の距離の位置20Rになる。これは、導線111R、111Y、111Bの相間距離が実質的に短縮化されたことに等しい。
The geometric center position of the current Ic of the
なお、30%に設定したのは、図1及び図2に示す電力ケーブル100における比の絶対値|IECC/IC|が約35%であり、図5に示す電力ケーブル100Mにおける比の絶対値|IECC/IC|が約25%であるため、中間値を取ったものである。
The absolute value of the ratio | I ECC / I C | in the
同様に、導線111Yの電流Icの幾何学的中心位置は、中心線10から導体111Yまでの距離の70%の距離の位置20Yになる。また、導線111Bの電流Icの幾何学的中心位置は、中心線10から導体111Bまでの距離の70%の距離の位置20Rになる。
Similarly, the geometric center position of the current Ic of the
鉄損は、式(1)より理解できるように、電力ケーブルの相間距離Sが狭まると、略比例して鉄損が小さくなる。これは、導線111R、111Y、111Bの中心間距離が、位置20R、20Y、20Bの中心間距離になることによって鉄損が小さくなるに相当する。
As can be understood from the equation (1), the iron loss decreases approximately in proportion to the distance S between the power cables. This is equivalent to the iron loss being reduced when the distance between the centers of the
図7は、電力ケーブル100及び100Mと、比較用の電力ケーブルとの接地母線の断面積、電流比、接地母線の発熱量、鋼管50の外表面での磁界、及び鉄損を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the cross-sectional area of the ground buses of the
接地母線の断面積は、接地母線120R、120Y、120Bの断面積を100%とした場合の割合で表す。電流比は、循環電流IECCと電流Icとの比の絶対値|IECC/IC|を表す。接地母線の発熱量は、接地母線120R、120Y、120Bの断面積を1倍とした場合の割合で示す。鋼管50の外表面での磁界は、比較用の電力ケーブルにおける磁界を100%とした場合の割合で表す。鉄損は、比較用の電力ケーブルにおける鉄損を100%とした場合の割合で表す。
The cross-sectional area of the ground bus is expressed as a ratio when the cross-sectional areas of the
図7に示すように、接地母線の断面積は、比較用の電力ケーブルは、接地母線を含まないため0%であり、電力ケーブル100は100%であり、電力ケーブル100Mは27%である。
As shown in FIG. 7, the cross-sectional area of the ground bus is 0% because the comparative power cable does not include the ground bus, the
また、電流比については、比較用の電力ケーブルは、接地母線を含まないため0%であり、電力ケーブル100は35%であり、電力ケーブル100Mは25%である。これは、接地母線120R、120Y、120B及び120RM、120YM、120BMの断面積が大きいほど、電流比が大きくなることを示している。
The current ratio is 0% because the comparative power cable does not include the ground bus, the
また、接地母線の発熱量については、比較用の電力ケーブルは、接地母線を含まないため0倍であり、電力ケーブル100は1倍であり、電力ケーブル100Mは1.9倍である。これは、接地母線120R,120Y,120Bの方が接地母線120RM,120YM,120BMに比べて循環電流が大きいにも関わらず、断面積が大きいため抵抗が低く、発熱量が小さくなることを示している。
The heat generation amount of the ground bus is 0 times because the comparative power cable does not include the ground bus, the
また、鋼管50の外表面での磁界については、比較用の電力ケーブルは100%であり、電力ケーブル100は87%であり、電力ケーブル100Mは90%である。これより、接地母線120RM,120YM,120BMにながれる循環電流の大きい方が、3相の幾何学的な電流位置の距離が近づき、また、送電ケーブル110R、110Y、110Bの相間距離が短いほど、磁界が小さくなることを示している。
Regarding the magnetic field on the outer surface of the
また、鉄損については、磁界の約二乗に比例して発生するが、磁界シミュレーションの結果、比較用の電力ケーブルは100%であり、電力ケーブル100は70%であり、電力ケーブル100Mは80%である。
Iron loss occurs in proportion to the square of the magnetic field. As a result of the magnetic field simulation, the power cable for comparison is 100%, the
このように、電力ケーブル100及び100Mは、比較用の電力ケーブルに比べて、電流比が増大し、鋼管50の外表面での磁界が低減され、鉄損が低減されていることが分かった。
Thus, it was found that the
以上、実施の形態によれば、送電ケーブル110R、110Y、110Bは、断面視で中心線10を中心とした3回対称の回転対称な位置関係に配置した状態で円130Aに内接する外径を有する。円130Aは、断面視で鋼管50の内部に敷設可能な最大の電力ケーブルの包絡円の半径からバインダ130及び防食層140の厚さを除いた半径を有する円である。
As described above, according to the embodiment, the
送電ケーブル110R、110Y、110Bの各々は、導線111、導線スクリーン112、絶縁層113、絶縁スクリーン114、及びベッディング115を有する構成であり、なるべく導線111の断面積を稼げるように、必要最小限の構成にしてある。このようにして、送電ケーブル110R、110Y、110Bの導線111(111R、111Y、111B)の断面積を最大化している。
Each of the
また、接地母線120R、120Y、120Bの外側面に絶縁層等の遮蔽物を設けずに、接地母線120R、120Y、120Bが円130Aに接する外径を有する。このようにして、接地母線120R、120Y、120Bの外径を最大化している。
In addition, the
また、実施の形態の変形例の電力ケーブル100Mでは、接地母線120RM、120YM、120BMは、3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bの包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径を有する。
Moreover, in the
そして、上述のような送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120R、120Y、120Bとを用いることにより、又は、送電ケーブル110R、110Y、110Bと接地母線120RM、120YM、120BMとを用いることにより、
送電ケーブル110R、110Y、110Bの導線111R、111Y、111Bに流れる電流Icの幾何学的中心位置を約30%程内側(中心線10側)にオフセットさせることができる。
Then, by using the
The geometric center position of the current Ic flowing through the conducting
従って、送電ケーブル110R、110Y、110Bでの鉄損を低減し、全体での損失を30%程度低減した電力ケーブル100及び100Mを提供することができる。すなわち、鉄損を抑制するとともに、送電電力を増大させた電力ケーブル100及び100Mを提供することができる。
Therefore, it is possible to provide the
なお、以上では、接地母線120R、120Y、120Bの外径が、円130Aに内接する外径である形態と、接地母線120RM、120YM、120BMの外径が、3本の送電ケーブル110R、110Y、110Bの包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径の中で最小の外径である形態とについて説明した。
In the above, the outer diameter of the
しかしながら、接地母線120R、120Y、120B、又は、120RM、120YM、120BMの外径は、これらの外径の間の任意の値であってもよい。すなわち、接地母線120R、120Y、120B、又は、120RM、120YM、120BMの外径は、包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径であって、かつ、円130Aに内接する外径以下であればよい。
However, the outer diameter of the
換言すれば、接地母線120R、120Y、120B、又は、120RM、120YM、120BMの外径は、包絡閉曲線110Xよりも外側に突出する外径であって、円130Aに収まる外径であればよい。接地母線120R、120Y、120Bが円130Aに接する外径を有することは、円130Aに収まる外径のうちで最大の外径を有する場合に相当する。
In other words, the outer diameter of the
以上、本発明の例示的な実施の形態の電力ケーブルについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The power cable of the exemplary embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and does not depart from the scope of the claims. Various modifications and changes are possible.
50 鋼管
100、100M 電力ケーブル
110R、110Y、110B 送電ケーブル
111 導線
112 導線スクリーン
113 絶縁層
114 絶縁スクリーン
115 ベッディング
120R、120Y、120B、120RM、120YM、120BM 接地母線
130、130M バインダ
140、140M 防食層
150、150M 樹脂部材
50
Claims (5)
三相交流電力を伝送する導電線と、前記導電線を被覆する絶縁層と、前記絶縁層を被覆する半導電層とを有する3本の送電ケーブルであって、断面視で前記3本の送電ケーブルの中心に対する3回対称の回転対称な位置において互いの前記半導電層同士が接した状態で配置される3本の送電ケーブルと、
3本の接地母線であって、それぞれが前記3本の送電ケーブルのうちの隣り合う2本の外周面に接して、前記中心に対する3回対称の回転対称な位置に配置される3本の接地母線と、
前記3本の接地母線及び前記3本の送電ケーブルの外側面を覆うバインダと、
前記バインダに重ねて配置されるジャケットと
を含み、
前記3本の送電ケーブルは、断面視で前記鋼管の内部に敷設可能な最大の電力ケーブルの包絡円の半径から前記バインダ及び前記ジャケットの厚さを除いた半径を有する第1円に内接する外径を有し、
前記3本の接地母線は、断面視で3本の送電ケーブルの包絡閉曲線よりも突出し、前記第1円に収まる外径を有する、電力ケーブル。 A power cable laid inside a steel pipe connected to a reference potential point,
Three power transmission cables having a conductive wire for transmitting three-phase AC power, an insulating layer for covering the conductive wire, and a semiconductive layer for covering the insulating layer, wherein the three power transmission cables in a cross-sectional view Three power transmission cables arranged in a state where the semiconductive layers are in contact with each other at a rotationally symmetric position that is three-fold symmetric with respect to the center of the cable;
Three ground buses, each of which is in contact with two adjacent outer peripheral surfaces of the three power transmission cables and arranged in a rotationally symmetric position of three-fold symmetry with respect to the center With busbars,
A binder that covers the outer surfaces of the three ground buses and the three power transmission cables;
A jacket disposed over the binder,
The three power transmission cables are externally inscribed in a first circle having a radius excluding the thickness of the binder and the jacket from the radius of the envelope circle of the largest power cable that can be laid in the steel pipe in a cross-sectional view. Has a diameter,
The three ground buses protrude from an envelope closed curve of the three power transmission cables in a cross-sectional view and have an outer diameter that fits in the first circle.
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